專利名稱：變頻磁流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及流體處理，并且具體地，涉及過(guò)程流量測(cè)量和控制。特別地，本發(fā)明涉及用于磁流量計(jì)的測(cè)量技木。
背景技術(shù)：
磁流量計(jì)(或磁計(jì)量器(mag meter))通過(guò)法拉第感應(yīng)、電磁效應(yīng)測(cè)量流量。流量計(jì)激勵(lì)線圈以在管道部分上產(chǎn)生磁場(chǎng)，并且磁場(chǎng)在過(guò)程流上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(EMF)。使用延伸通過(guò)管道部分和進(jìn)入過(guò)程流的一對(duì)電極或者通過(guò)電容性耦合測(cè)量產(chǎn)生的電勢(shì)差(或電壓)。流速與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成比例，并且體積流速與流速和過(guò)流面積成比例。一般情況下，電磁流量測(cè)量技術(shù)能夠應(yīng)用于水基流體、離子溶液和其他傳導(dǎo)流。具 體用途包括污水處理設(shè)施、高純度藥品生產(chǎn)、衛(wèi)生食品和飲料生產(chǎn)以及化學(xué)處理，包括危險(xiǎn)和腐蝕性過(guò)程流。磁流量計(jì)還用在碳?xì)淙剂膝I(yè)中，包括利用研磨和腐蝕性泥漿的水力壓裂技術(shù)，，和其他油氣開(kāi)采和加工方法。磁流量計(jì)在其中由于相關(guān)的壓降(例如，在孔板或文丘里管上)而使得基于壓差的技術(shù)不受歡迎的應(yīng)用中提供快速、精確的流量測(cè)量。當(dāng)將機(jī)械元件引入過(guò)程流是困難的或不切實(shí)際時(shí)，也可以使用磁計(jì)量器，如渦輪轉(zhuǎn)子、渦流脫落元件或皮托管。在這些應(yīng)用中，存在對(duì)改進(jìn)磁流量測(cè)量技術(shù)的持續(xù)需要。特別地，存在在經(jīng)受包括電子、機(jī)械和電磁噪聲影響的過(guò)程噪聲影響的高精度應(yīng)用中降低流量測(cè)量的偏差的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于測(cè)量流量的裝置和使用該裝置的方法。該裝置包括用于過(guò)程流的管道部分、用于在管道部分上產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈、用于激勵(lì)線圈的電源、和用于檢測(cè)由磁場(chǎng)在過(guò)程流上感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)的電極。電源以多個(gè)不同的脈沖頻率激勵(lì)線圈。處理器計(jì)算所述多個(gè)不同的脈沖頻率處的電動(dòng)勢(shì)的函數(shù)，并且基于該函數(shù)產(chǎn)生流量輸出。


圖I是在具有一體安裝變送器的帶法蘭的實(shí)施例中的磁流量計(jì)的示意性側(cè)視圖。圖2是在具有遠(yuǎn)程安裝變送器的圓片型的實(shí)施例中的磁流量計(jì)的示意性端視圖。圖3是用于具有變頻脈沖式電流源的磁流量計(jì)的接線圖。圖4是變頻脈沖電流信號(hào)的曲線圖。圖5是說(shuō)明用于用變頻磁流量計(jì)測(cè)量流量的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖I是在具有一體化安裝變送器12的法蘭配置中的磁流量計(jì)10的一個(gè)實(shí)施例的示意性側(cè)視圖。流量計(jì)10包括傳感器殼體14和管道部分16，線圈18和電極20 (虛線所示)位于傳感器殼體14中。變送器12包括變送器殼體22，變送器殼體22帶有電路板(或控制器)24(也以虛線所示)，和本地操作者界面(L0I)26。如下所述，控制器24產(chǎn)生用于線圈18的變頻脈沖式激勵(lì)電流，在經(jīng)受過(guò)程噪聲的環(huán)境中，提高性能和減少信號(hào)偏差。在圖I的一體化安裝實(shí)施例中，變送器12直接地安裝在傳感器殼體14的接ロ部分14A上，在控制器24、線圈18和電極20之間進(jìn)行直接內(nèi)部連接?？商鎿Q地，變送器12被遠(yuǎn)程地安裝并且連接是外部的，如圖2所示。傳感器殼體14由諸如碳鋼之類的堅(jiān)固、耐用磁性金屬形成，，以屏蔽線圈18和電極20免受可能會(huì)影響流量測(cè)量的外部場(chǎng)和干擾的影響。傳感器殼體14還防止污垢、油和水污染，抑制易爆和腐蝕性物質(zhì)的進(jìn)入，并避免與在エ業(yè)加工環(huán)境中的其他危害接觸。管道部分16包括可變長(zhǎng)度的管道或過(guò)程流導(dǎo)管，具有范圍從二分之一英寸(12. 7毫米)或更少到十二英寸(30厘米)或更多的內(nèi)徑(ID)。管道部分16通常由諸如不銹鋼之類的非磁性金屬形成，以通過(guò)由線圈18在過(guò)程流上所產(chǎn)生的磁通線。 在圖I的法蘭實(shí)施例中，管道部分16包括通孔法蘭28，用于采用在運(yùn)輸和安裝過(guò)程中支撐流量計(jì)10的凸緣28A將磁流量計(jì)10安裝在管道(pipe run)或其他流動(dòng)結(jié)構(gòu)中。根據(jù)實(shí)施例，法蘭28可由不銹鋼材料(例如，如用于管道部分16)或碳鋼材料(如用于傳感器殼體14)形成?？商鎿Q地，傳感器殼體14、管道部分16和法蘭28中的任何ー個(gè)都可以由碳鋼、不銹鋼、鋁、銅、黃銅或其他金屬或金屬合金形成，或由耐用聚合物或熱塑性材料形成,如PVC (聚氯こ烯)或ABS (丙烯腈-丁ニ烯-苯こ烯)。線圈18和電極20位于傳感器殼體14內(nèi)。線圈18包括纏繞銅線或其他導(dǎo)電繞組，纏繞銅線或其他導(dǎo)電繞組圍繞管道部分16的外徑(OD)定向，以在過(guò)程流上產(chǎn)生磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中，線圈18結(jié)合軟磁心和通量返回部件，以增加場(chǎng)強(qiáng)度和均勻度，或成形場(chǎng)線和減少傳感器殼體14外側(cè)的邊緣通量。電極20延伸通過(guò)管道部分16以通過(guò)直接電接觸或電容性耦合檢測(cè)在過(guò)程流上感應(yīng)的電勢(shì)差(或EMF)，或者。取決于實(shí)施例，可以提供電極蓋30，用于訪問(wèn)電極20，電極蓋30具有用于標(biāo)示流量計(jì)的制造商、型號(hào)或序列號(hào)的銘牌32。如圖I所示，電極20也可以被“時(shí)鐘控制(clocked) ”或圍繞軸線A轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使電極平面關(guān)于中心線Q定向在高達(dá)45度的傾斜角度處。變送器殼體22包括用于電子元件板24和本地操作者界面26的前蓋34，和用于將變送器12連接到電源(PS) 40和過(guò)程控制單元(P⑶)42的導(dǎo)管連接件36。電源40包括交流(線)或直流電源，或二者。過(guò)程控制単元42包括遠(yuǎn)程通信裝置、遠(yuǎn)程操作裝置或過(guò)程控制系統(tǒng)，其利用來(lái)自磁流量計(jì)10的輸出，以監(jiān)視或控制過(guò)程變量，包括但不僅限于，通過(guò)管道部分16的流量。在ニ線式實(shí)施例中，變送器12適應(yīng)一系列不同通信協(xié)議，包括但不限干，標(biāo)準(zhǔn)模擬(4-20毫安)信號(hào)、模擬-數(shù)字混合協(xié)議(諸如ΠΛΚ'Γ' )和數(shù)字化測(cè)量和控制架構(gòu)(包
括 Foundation 現(xiàn)場(chǎng)總線，pROFI 1 BUS/ PROFI : neT 和 P I an u:)?？商鎿Q地,變送器
12利用環(huán)路線路、電纜、控制總線和數(shù)據(jù)線或用于射頻RF)、紅外(IR)或光通信的無(wú)線接ロ的結(jié)合。在這些和其他的實(shí)施例中，合適的變送器12及磁流量計(jì)10可從明尼蘇達(dá)州EdenPrairie市的Rosemount公司和Emerson Process Management公司獲得，具有在此描述的改善。圖2是具有遠(yuǎn)程安裝變送器12的圓片型(無(wú)凸緣)配置中的磁流量計(jì)10的示意性側(cè)視圖。取決于實(shí)施例，磁流量計(jì)10還采用附加安裝結(jié)構(gòu)，包括但不局限干，對(duì)準(zhǔn)環(huán)、帶螺紋的壓合接頭和外部套環(huán)型連接元件。在其中管道部分16附近沒(méi)有足夠空間的受限安裝中，圖2的遠(yuǎn)程安裝配置允許變送器12位于在諸如梁、壁或隔斷之類的過(guò)程結(jié)構(gòu)的附近，或位于另ー個(gè)流管或?qū)Ч苌?。可替換地，變送器12可以定位為距離傳感器殼體14達(dá)到1000英尺(約合240米)或更多，例如用于適應(yīng)更加集中或易接近的變送器布置，或?qū)⒆兯推?2定位在過(guò)程環(huán)境外的控制室中。為了包括這些實(shí)施例的每ー個(gè)，在這里使用的術(shù)語(yǔ)“流量計(jì)”可以不僅包括管道部分16、傳感器殼體14以及其內(nèi)部部件，而且包括變送器12及其部件。特別地，“流量計(jì)”可以包括變送器12的一體安裝和遠(yuǎn)程安裝實(shí)施例兩者，而不管變送器12和傳感器殼體14之 間的連接長(zhǎng)度，并且不管形成連接的特定形式。在圖2的端視圖中，管道部分16 (用交叉影線顯示)軸向地延伸通過(guò)傳感器殼體14,并且傳感器殼體14形成圍繞管道部分16、線圈18和電極20的環(huán)形殼體。磁場(chǎng)B橫向地定向跨過(guò)管道部分16，大致垂直過(guò)程流。村里44由非磁性絕緣材料形成，其作為襯管道部分16的內(nèi)徑的村里，以在管道部分16和過(guò)程流之間形成電的、化學(xué)的和機(jī)械的屏障。特別地，村里44將管道部分16與過(guò)程流體隔離，并且防止由于在過(guò)程流中的化學(xué)和研磨劑的侵蝕和腐蝕。在一些實(shí)施例中，襯
里44由PFA (全氟烷)材料組成，如Iし、丨' I on |!、Te Γ I ori丨! -PFA或’I'し' Czc Iu -PFA、PPS (聚
苯硫醚)材料，如Ryton :pps，或其它聚合物，如氯丁橡膠、聚氨酯橡膠或天然橡膠，如在商業(yè)上可以從包括Rosemount公司的商業(yè)供應(yīng)商獲得。線圈18圍繞管道部分16的外徑定向，并且被配置為在過(guò)程流中產(chǎn)生磁場(chǎng)B。電極20從管道部分16的OD延伸穿過(guò)管道部分16的ID上的襯里44，與過(guò)程流進(jìn)行電接觸，以檢測(cè)由磁場(chǎng)B感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)?？商鎿Q地，電極20與過(guò)程流形成電容性f禹合或聯(lián)接(capacitivecoupling)。此外，電極20的平面可以垂直于中心線4，如圖2所示，或電極可以被時(shí)鐘控制在高達(dá)45°的傾斜角處，如圖I所示。變送器12包括變送器殼體22，變送器殼體22具有用于電子元件板24和本地用戶界面26的前(電子元件)蓋34、以及用于ー個(gè)或多個(gè)接線板48的后(終端)蓋46。變送器殼體22還提供附加的管道連接件36，用于將變送器12連接到傳感器殼體14的接ロ部分14A。電子元件板(或控制器)24包括處理器或微處理器(μΡ)24Α和變頻電源(VFDC) 24Β。處理器24Α包括接ロ，該接ロ用于連接到過(guò)程控制系統(tǒng)或遠(yuǎn)程操作裝置以及用于傳送代表通過(guò)管道部分16的流量的輸出。本地操作者界面26包括用于本地控制和與變送器12通信的交互式可視化顯示器。在一些實(shí)施例中，本地操作者界面26包括基于菜單的導(dǎo)航鍵，以輸入安裝數(shù)據(jù)和配置參數(shù)，運(yùn)行測(cè)試模式，并訪問(wèn)其他變送器功能。接線板48由耐用塑料或其他絕緣材料形成，具有用于電源和與過(guò)程控制系統(tǒng)的輸入/輸出(I/o)通信的電連接，如圖I所示。取決于實(shí)施例，也可以提供一個(gè)或多個(gè)接線板48，用于形成到傳感器殼體14中的線圈18和電極20的連接，如圖3所示。控制器24、本地操作者界面26和接線板28的各個(gè)部件可以設(shè)置成不同的電子元件板或電路元件的形式，如圖2所示，或設(shè)置成集成電子組件或堆棧。此外，控制器24也可以被配置為在用于變頻電流源24B的內(nèi)部電源和外部電源之間切換。在一些實(shí)施例中，如圖I所示，磁流量計(jì)10利用外部電源40，其提供由變頻電流源24B切換、脈沖化或調(diào)制的交流或直流電流。在這些實(shí)施的每ー個(gè)中，變頻電流源24B提供脈沖激勵(lì)電流到線圈18，并且該電流被以多個(gè)不同頻率脈沖化。電極20檢測(cè)在過(guò)程流中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，并且處理器24A基于在多個(gè)不同脈沖頻率處的電動(dòng)勢(shì)的函數(shù)計(jì)算流量輸出。在一般情況下，該函數(shù)包括如在每個(gè)不同的脈沖頻率處感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)的均值、加權(quán)平均數(shù)或其他平均函數(shù)，，以減少由于如下所述的噪聲影響引起的信號(hào)偏差。更具體地說(shuō)，線圈18被配置以在管道部分16內(nèi)部產(chǎn)生大致均勻磁場(chǎng)B。通量線橫 跨管道部分16和村里44定向，如圖2所示，在大致垂直或法線方向上(即，以約90° )與過(guò)程流交叉。在相對(duì)較寬的操作范圍上，磁場(chǎng)強(qiáng)度(或磁通量密度)大約與激勵(lì)電流成比例，激勵(lì)電流在由變頻電流源24B向線圈18發(fā)出脈沖信號(hào)時(shí)接通和斷開(kāi)磁場(chǎng)。當(dāng)傳導(dǎo)過(guò)程流流動(dòng)通過(guò)磁場(chǎng)B時(shí)，在電極20上形成法拉第環(huán)。電極20檢測(cè)管道部分16上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(或法拉第電壓)，其中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與流速和磁場(chǎng)強(qiáng)度大致成比例。在數(shù)學(xué)形式中，感應(yīng)電勢(shì)E與平均流速V、平均磁場(chǎng)強(qiáng)度B和由村里44限定的流道的內(nèi)徑D成比例E = kVBD[I]“K因數(shù)”⑷是取決于測(cè)量E、V、B和D所采用的単位的比例常數(shù)。轉(zhuǎn)化公式1，流速V作為感應(yīng)電勢(shì)E、磁場(chǎng)強(qiáng)度B和流道直徑D的函數(shù)給出V = E/kBD[2] 體積流量等于平均流速乘以過(guò)流面積。圖3是用于磁流量計(jì)10的示意性接線圖。在此實(shí)施例中，如上所述，電極20延伸穿過(guò)管道部分16和村里44以檢測(cè)由橫過(guò)磁場(chǎng)B的過(guò)程流體流感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。接線板48將處理器24A連接到電極20以及將電源24B連接到線圈18。為了提高精度，磁流量計(jì)10被配置用于脈沖式DC(直流)操作。在這種模式中，處理器24A比較來(lái)自電極20的在最大(峰值)和最小(接近零)磁場(chǎng)處感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，以糾正偏移和零點(diǎn)漂移。脈沖式直流測(cè)量也減少過(guò)程流體和電極20之間的電解反應(yīng)、到線圈18的電容性耦合、基于阻抗的相移和包括磁場(chǎng)和過(guò)程流體或電極信號(hào)線之間的電感率禹合的正交作用(quadrature contribution)的影響。變頻電流源24B也改變脈沖電流頻率以降低過(guò)程噪聲影響。在一些實(shí)施例中，處理器24A定時(shí)(clocks)電流源24B以調(diào)節(jié)脈沖頻率或占空比，如圖3所示。可替換地，電流源24B包括內(nèi)部脈沖調(diào)制電路部件，或用于定時(shí)外部電流源的門(mén)或時(shí)鐘，如上所述。圖4是變頻脈沖電流信號(hào)I的曲線圖，帶有同時(shí)產(chǎn)生的過(guò)程噪聲信號(hào)N。每個(gè)電流脈沖由脈沖振幅A、脈沖寬度W(或W’)和脈沖周期T(或T’、T”)限定。脈沖周期T限定脈沖頻率(f = 1/Τ)，并且通過(guò)脈沖寬度W除以脈沖周期T給出占空比(B卩，占空比=W/T，或等價(jià)地，占空比=Wf)。電流脈沖幅度A取決于線圈電阻和輸入電壓，輸入電壓通常從IOV到40V或更多變化。在一些實(shí)施例中，脈沖電流I是嚴(yán)格的DC(直流)信號(hào)，并且線圈電流和磁場(chǎng)具有大致恒定的(脈沖)極性。在其他實(shí)施例中，使用AC (交流電)源，或電子元件引入移位或偏移以在線圈18中產(chǎn)生脈沖AC信號(hào)。在這些實(shí)施例中，線圈電流和磁場(chǎng)兩者可以周期性地逆轉(zhuǎn)方向。噪聲信號(hào)N由多種不同作用產(chǎn)生。這些作用包括來(lái)自線路功率和其他交流信號(hào)的電子紋波和滲透(bleed-through)、和來(lái)自泵、壓縮機(jī)、渦輪機(jī)和其他旋轉(zhuǎn)裝置的壓カ或流量脈動(dòng)(flow pulsation)。噪聲信號(hào)N還由在管道部分和其他過(guò)程結(jié)構(gòu)中的機(jī)械振動(dòng)獨(dú)立于其它來(lái)源或與其他來(lái)源結(jié)合產(chǎn)生。在圖4的特定實(shí)施例中，第一組電流脈沖具有近似恒定的脈沖寬度W和周期T，具有對(duì)應(yīng)于占主導(dǎo)地位的噪聲信號(hào)的頻率f。在采樣相位S處測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，采樣相位S被以逐個(gè)脈沖為基礎(chǔ)定義為脈沖周期T的一部分或分?jǐn)?shù)。一般地，在磁場(chǎng)已經(jīng)被設(shè)置在大致 最大值處以后，在每個(gè)電流脈沖接近結(jié)束時(shí)選擇采樣相位S。當(dāng)噪聲信號(hào)N匹配采樣頻率時(shí)，流量測(cè)量受到偏差影響，因?yàn)槊總€(gè)樣本“讀取”噪聲信號(hào)的相同相位，導(dǎo)致朝向更高或更低值的恒定移位。當(dāng)噪聲和采樣頻率是諧波關(guān)系(harmonic relationship)時(shí),效果是類似的,特別是對(duì)于主導(dǎo)大致方波脈沖電流信號(hào)I的傅立葉變換的ー階、三階和其他奇數(shù)階諧波。然而，由于跳動(dòng)產(chǎn)生(beat generation)和其他干擾影響，偏差影響也可以發(fā)生在非諧波采樣和噪聲頻率處。因此，不管噪聲信號(hào)N的特定形式，常數(shù)頻率采樣通常將偏差進(jìn)入流量測(cè)量。特別地，在泵和其它渦輪機(jī)械循環(huán)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)，或當(dāng)特定噪聲頻率在采樣頻率(或其諧波)上變化時(shí)，可能引入偏差。大功率機(jī)械裝置即使在沒(méi)有直接流動(dòng)耦合的情況下也可以產(chǎn)生噪聲，，例如，通過(guò)在流動(dòng)管道和其它過(guò)程結(jié)構(gòu)中誘發(fā)機(jī)械振動(dòng)，或通過(guò)線路功率上的滲透(bleed-through)。為了減少這些影響，線圈電流的脈沖頻率變化，如圖4所示。特別地，脈沖寬度為W和脈沖周期T是能夠獨(dú)立地變化的，從而以固定寬度或固定占空比増加或減少脈沖頻率，或者作為頻率的函數(shù)改變脈沖寬度和占空比兩者。結(jié)果，采樣相位S相對(duì)于噪聲信號(hào)N變化，通過(guò)在不同相位和相應(yīng)幅度的范圍內(nèi)對(duì)噪聲進(jìn)行采樣而減少偏差。在圖4的特定示例中，線圈電感相對(duì)低并且電流脈沖在大部分脈沖寬度W內(nèi)具有長(zhǎng)的“平坦”或坪區(qū)或平穩(wěn)區(qū)域(plateau region) 0在這種情況下，也能夠獨(dú)立于脈沖周期T調(diào)整采樣相位S，。在其它配置中，特別地是對(duì)較大的管徑，穩(wěn)定時(shí)間可以較長(zhǎng)，并且平穩(wěn)區(qū)域可以相對(duì)較窄，這需要増加脈沖寬度W。圖5是流程圖，說(shuō)明用于使用變頻磁流量計(jì)測(cè)量流量的方法50。方法50包括在過(guò)程流上產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)(步驟52)、檢測(cè)由磁場(chǎng)感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)(步驟54)、改變脈沖磁場(chǎng)的頻率(步驟56)、計(jì)算在多個(gè)不同頻率處的電動(dòng)勢(shì)的平均函數(shù)(步驟58)和基于平均數(shù)輸出流量測(cè)量值(步驟60)。在一些實(shí)施例中，方法50還包括加權(quán)頻率(步驟62)以產(chǎn)生加權(quán)平均數(shù)(weighted average),例如以排除經(jīng)受噪聲引起的偏差的ー個(gè)或多個(gè)頻率。在其他實(shí)施例中，方法50包括改變采樣相位(步驟64)和加權(quán)相位(步驟66)以產(chǎn)生加權(quán)平均數(shù)。在進(jìn)一步實(shí)施例中，方法50包括基于特定頻率或相位處的電動(dòng)勢(shì)的與均值或平均數(shù)相比的偏差或差異產(chǎn)生警報(bào)(步驟68)。產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)(步驟52)包括激勵(lì)線圈或其他場(chǎng)源以在過(guò)程流中產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)。如上文針對(duì)圖4描述描述的那樣，磁場(chǎng)特性由電流脈沖幅度、脈沖寬度和脈沖頻率確定。檢測(cè)電動(dòng)勢(shì)(步驟54)包括例如使用定位在有村里的流管上(圖2)的一對(duì)電極檢測(cè)由磁場(chǎng)感應(yīng)的電壓或電勢(shì)差。電勢(shì)差(即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì))隨磁場(chǎng)強(qiáng)度和平均流速變化，典型地以大致線性形式變化。改變脈沖磁場(chǎng)的頻率(步驟56)包括改變激勵(lì)電流源的頻率以產(chǎn)生多個(gè)不同的脈沖頻率。如上所述，取決于額外參數(shù)，如線圈電感和流量計(jì)幾何形狀，磁場(chǎng)脈沖形狀和脈沖頻率跟隨電流脈沖的形狀和脈沖頻率。在一些實(shí)施例中，獨(dú)立于脈沖寬度，通過(guò)改變脈沖周期而改變脈沖頻率，并且占空比相應(yīng)地增加或減少。在其他實(shí)施例中，脈沖寬度也變化，并且脈沖頻率和占空比是獨(dú)立 的。在典型的實(shí)施例中，至少產(chǎn)生三個(gè)不同的脈沖頻率。在一般情況下，采樣頻率間隔，以使諧波不重疊，或使一組諧波與其他組諧波不重疊。這通過(guò)避免噪聲信號(hào)的重復(fù)的諧波采樣而進(jìn)ー步降低偏差。計(jì)算平均數(shù)(步驟58)包括限定多個(gè)不同脈沖頻率處的電動(dòng)勢(shì)的平均函數(shù)。在一些實(shí)施例中，平均函數(shù)包括在每ー個(gè)不同的頻率處的電動(dòng)勢(shì)的共同(未加權(quán))均值，每個(gè)基值(contribution)給予相等權(quán)值。在其它實(shí)施例，平均函數(shù)包括基于不同頻率和相位基值(phase contribution)的加權(quán)均值(weighted mean)或加權(quán)平均數(shù),如下所述。在進(jìn)ー步的實(shí)施例中，平均函數(shù)包括來(lái)自不同采樣期間的基值，例如，在兩個(gè)、三個(gè)或更多連續(xù)采樣周期上獲得的連續(xù)平均值，或包括其中基于相對(duì)采樣時(shí)間給予基值權(quán)值的時(shí)間加權(quán)平均值。產(chǎn)生輸出(步驟60)包括基于平均函數(shù)產(chǎn)生代表過(guò)程流量的輸出信號(hào)。特別地，所述輸出基于在多個(gè)不同脈沖頻率處、而不是單個(gè)脈沖頻率處的電動(dòng)勢(shì)的均值、平均數(shù)或加權(quán)平均數(shù)。加權(quán)頻率(步驟62)包括將每個(gè)脈沖頻率處感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)與共同均值(commonmean)進(jìn)行比較，限定共同均值和電動(dòng)勢(shì)之間的用于每個(gè)脈沖頻率的差異，并且基于差異加權(quán)平均數(shù)。所述差異被不同地限定為相對(duì)于均值的絕對(duì)或相對(duì))偏差，或通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法限定，統(tǒng)計(jì)方法例如為基于標(biāo)準(zhǔn)偏差的Z-分?jǐn)?shù)，或基于偏差或Z-分?jǐn)?shù)的可能性或概率。在一個(gè)實(shí)施例中，權(quán)值是O或I。這基本上是表決或否決技術(shù)，其中，在均值的特定范圍內(nèi)的電動(dòng)勢(shì)值被賦值為統(tǒng)一相對(duì)權(quán)值1，并且在該范圍以外的那些被賦值為權(quán)值O。因此，O加權(quán)值因此被“否決”或從流量輸出排除，而I加權(quán)值是被包括在內(nèi)的。在一些實(shí)施例中，在與特定頻率相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)與均值相差超過(guò)流量計(jì)的額定精度時(shí)，該特定頻率被否決或排除。對(duì)于高精度應(yīng)用，額定精度可以是1%或更低，例如約
0.2%。在其他實(shí)施例中，當(dāng)特定頻率相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)與均值相差選擇數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差吋，例如，相差ー個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)，或當(dāng)電動(dòng)勢(shì)的概率或可能性(例如，基于隨機(jī)采樣假說(shuō))少于特定閾值時(shí)，例如或10%，該特定頻率被否決或排除。在進(jìn)ー步的實(shí)施例中，在減少的樣品上重復(fù)統(tǒng)計(jì)分析，以驗(yàn)證剩余的測(cè)量，并且排除基本上不同于新的平均數(shù)的任何額外頻率?？商鎿Q地，使用連續(xù)加權(quán)的平均數(shù)，其中權(quán)值由可能性或概率函數(shù)限定，如上所述，具有O和I之間的相對(duì)權(quán)值。方法50還可以包括在多個(gè)不同相位處檢測(cè)電動(dòng)勢(shì)(步驟64),如圖4所示。在這些實(shí)施例中，計(jì)算平均數(shù)(步驟58)包括計(jì)算在多個(gè)不同的脈沖頻率和多個(gè)不同相位處的電動(dòng)勢(shì)的平均數(shù)。在不同相位處檢測(cè)電動(dòng)勢(shì)進(jìn)ー步減少偏差，因?yàn)槠洚a(chǎn)生過(guò)程流的更完整的樣本，包括噪聲成分的不同相位和幅度。在一些實(shí)施例中，流量輸出基于如在每個(gè)單獨(dú)的相位處采樣的電動(dòng)勢(shì)的共同(或者未加權(quán))均值。在其它實(shí)施例中，所述輸出包括不同相位基值的加權(quán)均值(weighted mean)(步驟62),其中權(quán)值基于與平均數(shù)(或共同均值)的差異或偏差，如上文針對(duì)頻率加權(quán)(步驟66)描述的那樣。因此，取決于實(shí)施例，流量函數(shù)可以包括在多個(gè)不同頻率或在多個(gè)不同頻率和多個(gè)不同相位處的電動(dòng)勢(shì)的平均數(shù)。流量輸出又可以包括基于不同頻率和相位基值的共同均 值、平均數(shù)或加權(quán)平均數(shù)。在一些實(shí)施例中，處理器產(chǎn)生偏差降低的可變頻率的流量測(cè)量，無(wú)需額外的操作者輸入或配置要求，并且不論噪聲信號(hào)本身的性質(zhì)或來(lái)源。例如，當(dāng)泵或其他噪聲源被引入過(guò)程系統(tǒng)中時(shí)，平均函數(shù)自動(dòng)地降低流量計(jì)輸出中的偏差，無(wú)論是否識(shí)別噪聲源。偏差通過(guò)頻率和相位加權(quán)被進(jìn)一歩降低，這自動(dòng)地適應(yīng)噪聲頻譜中的變化(例如，當(dāng)泵或渦輪速度變化時(shí))，無(wú)需頻率匹配、相位鎖定和其他復(fù)雜信號(hào)處理技木。在一些實(shí)施例，在任何頻率或相位分量的偏差超過(guò)特定閾值時(shí)，基于其與共同均值或平均數(shù)的差，產(chǎn)生警告輸出或警報(bào)指示(步驟68)。在一般情況下，警報(bào)閾值可以對(duì)應(yīng)于否決閾值，如上所述(例如，百分比或西格馬偏差，或可能性)，但警報(bào)信號(hào)獨(dú)立于頻率或相位加權(quán)。因此，能夠基于特定頻率或相位基值與均值的偏差產(chǎn)生警報(bào)指示，不論偏差是否用來(lái)加權(quán)在流量測(cè)量輸出中使用的平均數(shù)。雖然已經(jīng)參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以在沒(méi)有背離本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行各種變化和用等同物代替其元件。此外，在沒(méi)有背離本發(fā)明的本質(zhì)范圍的情況下，可以做出修改以使特殊情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教誨。因此，本發(fā)明不限于在此公開(kāi)的特定實(shí)施例，而是包括落入附后權(quán)利要求的包含范圍內(nèi)的全部實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括 用于過(guò)程流的管道部分； 線圈，用于在管道部分上產(chǎn)生磁場(chǎng)； 電流源，用于激勵(lì)線圈以產(chǎn)生磁場(chǎng)，其中電流源以多個(gè)不同脈沖頻率激勵(lì)線圈； 電極，用于檢測(cè)在過(guò)程流上由磁場(chǎng)感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)；和 處理器，用于計(jì)算在所述多個(gè)不同脈沖頻率處的電動(dòng)勢(shì)的函數(shù)，并且用于基于所述函數(shù)產(chǎn)生流量輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述函數(shù)包括在所述不同脈沖頻率中的每一個(gè)處 的電動(dòng)勢(shì)的共同均值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述多個(gè)不同脈沖頻率包括至少三個(gè)不同脈沖頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述函數(shù)包括在所述多個(gè)不同脈沖頻率處的電動(dòng)勢(shì)的加權(quán)平均數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述加權(quán)平均數(shù)是基于在所述多個(gè)不同脈沖頻率中的每一個(gè)處的電動(dòng)勢(shì)和共同均值之間的差異被加權(quán)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中加權(quán)平均數(shù)基于所述差異排除所述多個(gè)不同脈沖頻率中的至少一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中流量輸出包括基于所述差異的警報(bào)指示。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中加權(quán)平均數(shù)包括基于在特定脈沖頻率處的電動(dòng)勢(shì)的值和共同均值之間的差異的O和I的加權(quán)，其中O的加權(quán)從流量輸出中排除在所述特定頻率處的電動(dòng)勢(shì)的值，并且其中I的加權(quán)將在所述特定頻率處的電動(dòng)勢(shì)的值包括在流量輸出中。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中電極檢測(cè)在多個(gè)不同相位處的電動(dòng)勢(shì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述函數(shù)包括在所述多個(gè)不同相位處的電動(dòng)勢(shì)的平均數(shù)。
11.一種磁流量計(jì),包括 管道部分，管道部分具有內(nèi)徑和外徑； 線圈，靠近管道部分的外徑； 連接到線圈的脈沖式電流源，其中脈沖式電流源提供多個(gè)不同脈沖頻率； 電極，從管道部分的外徑延伸到管道部分的內(nèi)徑，其中電極檢測(cè)在管道部分上的電動(dòng)勢(shì)；和 連接到電極的處理器，其中處理器產(chǎn)生作為在所述多個(gè)不同脈沖頻率處的電動(dòng)勢(shì)的函數(shù)的流量輸出。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁流量計(jì)，還包括在管道部分的內(nèi)徑上的襯里，其中電極延伸穿過(guò)襯里以接觸過(guò)程流。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁流量計(jì)，其中所述函數(shù)包括在所述多個(gè)不同脈沖頻率中的每一個(gè)處的電動(dòng)勢(shì)的共同均值。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁流量計(jì)，其中所述函數(shù)包括在所述多個(gè)不同脈沖頻率處的電動(dòng)勢(shì)的加權(quán)平均數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁流量計(jì)，其中加權(quán)平均數(shù)基于與共同均值的差異排除所述多個(gè)不同脈沖頻率中的至少一個(gè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的磁流量計(jì)，其中流量輸出包括基于所述差異的警報(bào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁流量計(jì)，其中所述函數(shù)包括在多個(gè)不同相位處的電動(dòng)勢(shì)的平均數(shù)。
18.—種測(cè)量流量的方法，該方法包括下述步驟 在過(guò)程流體上產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)； 檢測(cè)在過(guò)程流體上由脈沖磁場(chǎng)感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)； 改變脈沖磁場(chǎng)的頻率，其中脈沖磁場(chǎng)具有多個(gè)不同脈沖頻率； 計(jì)算在所述多個(gè)不同脈沖頻率處的電動(dòng)勢(shì)的平均數(shù)；和 基于所述平均數(shù)產(chǎn)生流量輸出。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中計(jì)算平均數(shù)的步驟包括基于在所述多個(gè)不同脈沖頻率中的每一個(gè)處的電動(dòng)勢(shì)和共同均值之間的差異計(jì)算加權(quán)平均數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中加權(quán)平均數(shù)基于所述差異排除所述多個(gè)不同脈沖頻率中的至少一個(gè)頻率。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括基于所述差異產(chǎn)生警報(bào)的步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中檢測(cè)電動(dòng)勢(shì)的步驟包括檢測(cè)在多個(gè)不同相位處的電動(dòng)勢(shì)，并且其中計(jì)算平均數(shù)的步驟包括計(jì)算在所述多個(gè)不同脈沖頻率和所述多個(gè)不同相位處的電動(dòng)勢(shì)的平均數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變頻磁流量計(jì)。本發(fā)明公開(kāi)一種裝置，包括用于過(guò)程流的管道部分、用于在管道部分上產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈、用于激勵(lì)線圈以產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流源和用于檢測(cè)在過(guò)程流上由磁場(chǎng)感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)的電極。電流源以多個(gè)不同脈沖頻率激勵(lì)線圈。處理器計(jì)算在所述多個(gè)不同脈沖頻率處的電動(dòng)勢(shì)的函數(shù)，并且基于該函數(shù)產(chǎn)生流量輸出。
文檔編號(hào)G01F1/58GK102853869SQ20121014059
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者布魯斯·大衛(wèi)·羅弗納 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司